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哈尔滨理t 大学工学硕l ：学位论文 自动交换光网络生存性与路由技术的研究 摘要 随着光网络和光通信技术的不断发展，出现了以自动交换光网络 ( a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ，简称：a s o n ) 为代表的下一代光网络。 它通过引入智能化的网络控制技术，动态调配网络资源，可以更好地满足用 户和网络运营商的需求。保护技术和路由技术是保证网络性能的两项支撑性 技术，两者既有区别又有联系。 本论文中的工作紧密围绕下一代光网络中的保护和路由技术展开。分别 介绍了现有的保护和路由技术，对两类目前备受关注的保护技术共享风 险链路组( s h a r e dr i s kl i n kg r o u p ，简称：s r l g ) 保护和分级保护进行了深入 的研究。 s r l g 已成为网络故障管理的基本概念，基于s r l g 限制的保护技术可 以大幅度降低工作路由和保护路由同时失效的可能性，从而提高整个网络的 抗故障能力。本文阐述了s r l g 的概念和s r l g 保护的技术原理，针对现有 s r l g 保护算法的关键问题，提出了一种基于s r l g 约束的最短路径优先算 法，该算法的特点在于通过引入k 条备选路由集合，尽可能地挖掘出拓扑中 潜在的路由信息，获得整个网络环境中的最优保护资源配置。同时为每条链 路设置动态权重以综合考虑s r l g 限制和动态负载均衡，并且通过排除s r l g 冲突链路和迭代计算来避免s r l g 陷阱。大量的仿真结果说明，该算法可适 用于多种拓扑结构的网络，并可有效提高网络性能。 区分生存性服务是智能光网络中的又一研究热点，根据用户对业务恢复 时间的要求，可以为其提供适当的生存性机制。本文以恢复时间为标准同时 考虑网络资源利用率，提出了一种适用于a s o n 网络的保护与恢复相结合的 服务方案。定义了不同的业务等级，并且给出了在控制平面的实现方案和流 程图。最后，在黑龙江省a s o n 试验骨干网对该方案的可行性进行测试，分 析测试结果表明，区分生存性服务在明显提高网络资源利用率的同时，有利 于增加网络运营商的收益。 关键词自动交换光网络；生存性；共享风险链路组；分级服务 哈尔滨理工大学工学硕十学位论文 r e s e a r c ho n t e c h n o l o g i e si n s u r v i v a b i l i t ya n dr o u t i n g a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a l n e t w o r k a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gd e v e l o p m e n to fo p t i c a ln e t w o r ka n do p t i c a lt e c h n o l o g y , n e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r kw h i c hi sr e p r e s e n t e db ya u t o m a t i cs w i t c h e d o p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) a p p e a r e d i tc a na l l o c a t en e t w o r kr e s o u r c ed y n a m i c a l l y t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fi n t e l l i g e n tn e t w o r kc o n t r o lt e c h n o l o g y ，w h i c hc a n m e e tt h en e e d so fu s e r sa n do p e r a t o r sb e t t e r p r o t e c t i o na n dr o u t i n ga r et w ov i t a l t e c h n o l o g i e s w h i c hg r e a t l y i m p a c t t h e p e r f o r m a n c eo fo p t i c a l n e t w o r k s m e a n w h i l et h e ya r ed i s t i n c ta n dr e l a t i v e i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，o u rr e s e a r c hw o r kf o c u s e so np r o t e c t i o na n dr o u t i n g t e c h n o l o g i e s i nn e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k t h ep r o t e c t i o na n dr o u t i n g t e c h n o l o g i e s a r ep r e s e n t e da n dw ef o c u so nt h er e s e a r c ho ft w op r o t e c t i o n t e c h n o l o g i e s ：s h a r e dr i s kl i n kg r o u p ( s r l g ) p a t hp r o t e c t i o na l g o r i t h m a n d d i f f e r e n t i a t e dp r o t e c t i o n s r l gh a sb e c o m eac o m m o ns e n s ei nn e t w o r kf a i l u r em a n a g e m e n t ，a n d s r l g b a s e dp r o t e c t i o nt e c h n o l o g yc a nl a r g e l yr e d u c et h ep o s s i b i l i t yo fw o r k i n g p a t ha n dp r o t e c t i o np a t hf a i l i n gc o n t e m p o r a r i l yt oi m p r o v et h es u r v i v a b i l i t yo f w h o l en e t w o r k b ye x p l a i n i n gt h ec o n c e p to fs r l ga n dt h eb a s i ct h e o r yo f s r l gp r o t e c t i o na n da n a l y z i n gt h ek e yi s s u e si ns r l gp r o t e c t i o n ，a c o n s t r a i n t s h o r t e s tp a t hf i r s t ( c s p f ) a l g o r i t h mb a s e do ns r l gi sp r e s e n t e d ，i n t o w h i c hkb a c k u pr o u t e sa r ei n t r o d u c e dt od i go u tp o t e n t i a lr o u t i n gi n f o r m a t i o ni n t h et o p o l o g ya sm u c ha sp o s s i b l e ，s oa st oo b t a i nt h eo p t i m a lp r o t e c t i o nr e s o u r c e a l l o c a t i o ni nt h ew h o l en e t w o r k m e a n w h i l e ，d y n a m i c a ll i n kw e i g h ti s s e tf o r e a c hl i n kt ot a k es r l gc o n s t r a i n ta n dd y n a m i c a ll o a db a l a n c ei n t oa c c o u n t s y n t h e t i c a l l y , a n ds r l gt r a p i sa v o i d e dt h r o u g he l i m i n a t i n gs r l gc o n f l i c tl i n k a n di t e r a t i v ec o m p u t i n g t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tc o m p a r e dw i t h p r e v i o u s l yp r o p o s e da l g o r i t h m s ，t h ep r e s e n t e da l g o r i t h m c a na c h i e v eb e t t e r i i 哈尔滨理工大学工学硕+ 学位论文 p e r f o r m a n c e d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c ei sa n o t h e ri m p o r t a n tc o n c e r no fi n t e l l i g e n to p t i c a l n e t w o r k ，w h i c hc a np r o v i d ea na p p r o p r i a t es u r v i v a b i l i t ys c h e m ef o rt h et r a f f i c a c c o r d i n gt ot h e i rr e c o v e r yd e g r e e ad i f f e r e n t i a t e dp r o t e c t i o n r e s t o r a t i o ns c h e m e i na s o ni sp r o p o s e di nt e r m so fr e c o v e r yt i m ea n dn e t w o r k c a p a c i t ye f f i c i e n c y s o m ed i f f e r e n tt r a f f i cd e g r e e sa r ed e f i n e da n dt h ei m p l e m e n t a t i o nm o d u l e so f c o n t r o lp l a n ea r ed e s i g n e da n da n a l y z e d a tl a s t ，t h ef e a s i b i l i t yo ft h i ss c h e m ei s t e s t e di nt e s t i n gb a c k b o n ea s o nn e t w o r ko fh e i l o n g j i a n gp r o v i n c e t h e t e s t i n g r e s u l t ss h o wt h a tt h en e t w o r kc a p a c i t ye f f i c i e n c ya n di n c o m eh a v eb e e ni m p r o v e d o b v i o u s l yb yu s i n gt h i ss c h e m e k e y w o r d sa u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ，s u r v i v a b i l i t y ，s h a r e dr i s kl i n k g r o u p ，d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e i i i 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文自动交换光网络生存性与 路由技术的研究，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期 间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不 包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 嘻碡 日期：2 0 0 8 年3 月2 5 日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 自动交换光网络生存性与路由技术的研究系本人在哈尔滨理工大学 攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归 哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人 完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨 理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全 部或部分内容。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用授权书。 不保密由 ( 请在以上相应方框内打) 作者签名： 导师签名： 孪玮 f 搠 铲 日期：2 0 0 8 年3 月2 5 日 日期：2 0 0 8 年3 月2 5 日 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 1 1a s o n 产生的背景 第1 章绪论 自动交换光网络a s o n 又称智能光网络，其产生的背景是：i p 和其它数据 业务的快速增长使现代通信网络正在经历着一场巨大的变革，传统的以话音业 务为主的通信网络已经不能满足需求，正向以数据业务为主的方向发展；因此， 现代通信网络正在发生演变，其趋势之一是传输与交换逐渐发生融合，如程控 交换机与路由器等设备中就配置了光传输接口，城域网传送设备具有二层交换、 多协议标签交换功能等：其趋势之二是以电路交换为主向以分组交换为主的方 向发展。 以分组交换为基础的数据业务的最大特点之一是其突发性与不可预见性， 按业务要求动态地分配、调整带宽，快速实现端到端连接等越来越重要；所以 对现代通信网提出了许多新的要求，如当用户发出请求时，网络能自动地为其 分配带宽并快速地实现端到端连接，实行动态的带宽分配与管理，提供差异化 的等级服务等。而传统的光传输网很难满足这些要求，于是融传送、交换为一 体的新一代光网络即自动交换光网络a s o n 应运而生_ 3 。 所谓a s o n ，是指在路由与信令的控制下在光传送网内完成自动交换与连 接的新一代智能化光网络，也可以看作是具有标准化智能特性的光传送网。所 谓标准化智能特性，是指在路由功能与信令功能的支持下，实现自动发现、自 动呼叫与连接、动态重路由等功能。 智能光网络a s o n 突破了交换与传输相互分离的传统观念，把路由功能、 信令功能等首次引入了光传送网络，从而把交换与传输融为一体，是传送网技 术的一次重大革新。a s o n 不仅具有传统的传送功能，而且还具有端到端自动 快速配置、恢复、s l a 等功能，可以支持多种类型的交换如分组交换、时分交 换、波分交换与光纤交换等h 1 。这些技术上的优势将使得智能光网络可以从光层 提供多种高速率的增强型业务，而且具有良好的可扩展性，能够支持各种现有 的和将来以数据业务为中心的应用，例如：波长批发、波长出租、带宽运营、 光虚拟专网( o p t i c a lv i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ，简称：o v p n ) 等。对于电信运营商 而言，智能光网络的这些技术优势将转化为运营商成本的下降和利润的增加， 传统光网络走向智能光网络，是市场与技术两种力量综合作用的必然结果。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 1 2a s o n 的研究现状 1 2 1a s o n 标准化研究现状 众多的国际标准化组织和机构都在积极参与智能光网络相关的标准化工 作。主要的组织有：国际电信联盟电信标准部( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s u n i o n ，简称：i t u ) 、因特网工程任务组( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，简称： i e t f ) 、光互联网论坛( o p t i c a li n t e r n e tf o r u m ，简称：o i f ) 。在各标准化组织的 努力下，智能光网络的标准日益成熟。 i t u t 是电信标准化领域的权威组织，其标准化工作覆盖了电信领域所有方 面。在智能光网络领域，i t u t 提出了自动交换光网络( a s o n ) 的概念，i t u t 的建议g 8 0 8 0 则定义了a s o n 的总体结构。在g 8 0 7 和g 8 0 8 0 的基础上，i t u t 推出了一系列与实现智能光网络相关的标准规范，如呼叫和连接管理规范 g 7 7 1 3 、自动发现技术规范g 7 7 1 4 、d c n 规范g 7 7 1 2 、路由规范g 7 7 1 5 和链路 管理规范g 7 7 1 6 等。图1 1 给出了i t u t 有关智能光网络的主要标准规范功能 以及相互关系的示意图。 p n i t i r s v p t ec r l d ps d h 0 t n 自动发现 图1 1 智能光网络i t u t 标准 f i g 。1 - 1i t u - ts t a n d a r do fi o n i e t f 是由互联网设计者、运营商、设备供应商和研究人员共同组成的一个 开放式国际标准组织，主要致力于互联网领域相关标准规范的制定，比较重视 具体协议和技术的规范。目前其在智能光网络方面的工作主要集中在研究改进 现有协议，从而使之能进一步拓展到光传输网络上。i e t f 研究的智能光网络主 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 要协议包括：信令协议、路由协议、链路管理协议。i e t f 制定的协议结构见图 1 2 。 图1 2i e t fg m p l s 协议族 f i g 1 2g m p l sp r o t o c o lo fl e t f o i f 是光网络运营商和设备商就光层互联互通而组织的论坛，不是一个正式 的标准化组织，主要致力于i p 技术和光网络技术的融合，制定一些实施协议提 交给其他正式的标准组织。目前o i f 在智能光网络领域的主要贡献在于光网络 用户网络接口o u n i 和网络一网络接口o n n i 规范。目前，u n l l 0 版本已经 广泛采用，u n l 2 0 也基本完成。o i f 制定的接口协议结构图参考图1 3 。 u n i 需求 e - n n i 需求 u n l 2 0 基霰嚣的兹嚣学 图1 - - 3o i f u n i 和e n n i 协议族 f i g 1 - 3u n ia n de - n n ip r o t o c o l so fo i f 哈尔滨理t 大学t 学硕十学位论文 各标准组织在工作中往往互相合作，共享彼此的成果。目前i t u t 的a s o n 框架相关标准绝大多数已经正式发布；i e t f 提出的g m p l s 中的信令协议、链 路管理协议和域内路由协议等也已经成熟并提交给i t u t 参考，目前正在向多 域扩展；o i f 提出的u n l 2 0 协议也已经完成，并且在2 0 0 5 年的全球互连互通 测试中进一步验证了u n l 2 0 和e - n n i 。 1 2 2a s o n 生存性技术的研究 网络生存性技术是确保运营商向用户提供高质量通信服务的关键。美国 f c c 的统计数据显示，每两天就有一次影响3 0 0 0 0 客户的网络故障发生，而故 障修复的平均时间是5 1 0 个小时。此外，传输容量达t b s 的单根光纤的失效， 至少将影响1 2 0 0 万对电话业务。在体系架构上，智能光网络与传统光网络存在 巨大的差别，在新的网络架构中，生存性问题必将表现出新的特征，因此，对 生存性技术进行深入研究将有力地推动下一代光网络技术的发展。 目前，对于a s o n 生存性技术的研究，各个标准化组织主要从功能和框架 方面进行了规定。在2 0 0 3 年初的会议中i t u t 已经将保护恢复的相关问题添加 到g 8 0 8 0 协议中嵋1 ，主要对a s o n 网络中保护恢复的实现过程、功能模块以及 域内、域间故障类型和恢复方式进行了概述，具体的实现技术并没有涉及；i e t f 针对g m p l s 协议实现的光网络生存性提供了三个框架性的建议哺刊，对保护恢 复的术语、主要功能和实现方式进行了简要的说明，而具体的算法和协议实现 方法，以及在下一代光网络中引入的新问题( 例如关于控制平面生存性等) 都没有 给出具体的解决方法。 同时，国内和国际各科研机构也对智能光网络的生存性技术进行了多方面 的研究。在多个i o n 的研究项目中，例如欧盟资助研究项目i s t 的l i o n 研究 计划和我国8 6 3 计划重大专项3 t n e t ( 高性能宽带信息网) 等，生存性作为网络中 的一项重要的单元技术得到了广泛的重视，并进行了相关的现场试验。一些研 制a s o n 设备的厂商也将保护恢复作为研制和宣传的重点。 生存性对于光网络的重要性现在已经得到业界的广泛重视，在光网络快速 发展的今天，研究光网络的生存性技术，提出实用化的解决方法，已经成为发 展和建设光网络必须解决的一个关键问题。 1 2 3a s o n 路由技术的研究 随着智能光网络的发展，通常应用于i p 网络的许多信令、路由协议经过扩 哈尔滨理t 大学丁学硕一l 学位论文 展开始在光网络中得到应用，例如g m p l s 协议族中的域内路由协议o s p f t e 和i s i s 。路由协议帮助路由控制器获得网络拓扑和链路状态信息，以便用于路 由的计算，而信令协议则用于建立通道时各节点之间的协调工作，保证所需要 的通道能够快速、合理地建立。 另一方面，原来的路由计算方式在下一代光网络中也发生了许多变化，例 如由于节点智能的实现，路由计算由集中方式逐渐趋向于分布式，对使用的路 由波长分配算法提出了新的更高的要求。而且在满足网络性能的同时优化网络 资源的要求，使基于约束的路由技术也成为一个新的研究方向旧1 0 1 。 1 3 本文研究主要内容 本论文以智能光网络中的保护和路由技术为研究对象，对目前保护和路由 技术的几个研究热点，如基于s r l g 限制的约束路由技术和a s o n 网络中的分 级生存性等技术，进行了重点研究和较为全面的探讨。结合不同应用领域的特 点，提出了一种基于s r l g 分离的c s p f 算法和设计了应用于a s o n 网络的分 级服务方案。 本文其它章节内容具体安排如下： 第二章对a s o n 网络的体系结构进行了简要概述，主要讨论了a s o n 的接 口类型、连接类型及网络模型； 第三章主要介绍了自动交换光网络的智能核心控制平面，以及实现控 制平面的技术体系通用多协议标签交换( g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ，简称：g m p l s ) 技术，并介绍了g m p l s 的主要协议：信令协议、路 由协议和链路管理协议： 第四章讨论了光网络引入了智能后生存性技术研究出现的热点问题和新的 领域，介绍了保护和恢复的定义和实现机制； 第五章在对a s o n 现有约束路由算法分析的基础上，针对原有算法的缺陷， 提出了一种改进的考虑负载均衡和s r l g 限制的c s p f 算法，并对算法的阻塞 率、网络资源利用率和负载均衡度进行了仿真分析； 第六章在分析智能光网络中生存性技术的特点基础上，提出了一种在 a s o n 网络中实现的面向业务的分级生存性方案，对该方案的可行性进行了测 试分析。 哈尔演理1 二大学工学硕上学位论文 第2 章a s o n 的体系结构 2 1 智能光网络的总体结构 从功能层面讲，a s o n 总体结构主要由三个平面组成3 ，即控制平面( c o n t r o l p l a n e ，简称：c p ) 、传送平面( t r a n s p o r tp l a n e ，简称：t p ) 、管理平面( m a n a g e m e n t p l a n e ，简称：m p ) ，各平面之间通过相关接口相连，其中控制平面是a s o n 中 最具特色的部分。此外还包括用于控制和管理通信的数据通信网( d a t e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，简称：d c n ) 。 基于g 8 0 8 0 的a s o n 体系结构如图2 1 所示。 黑l n l 面c p 户 l n 2l ：= ： l n 3j 控制平面 贬 平c 面c ) i l n l 、， l n 2i ：竺 l n 3 传送平面t p 管理平面肝 注：l n i 、l n 2 、l n 3 为层网络 图2 1a s o n 的体系结构 f i g 2 - 1s y s t e ms t r u c t u r eo f a s o n a s o n 区别于一般光传送网的重要区别就是其增加了一个专门的控制平面 n 引，由控制平面控制、协调传送平面的工作，而传送平面完成信息的传送，管 理平面负责对网络资源的管理。 1 控制平面控制平面主要面向客户业务，负责控制网络的呼叫连接，通 过信令交换完成传送平面的动态控制，如建立或者释放连接、连接失败时提供 保护恢复等。 2 传送平面传送平面仍然负责业务的传送，在两个地点之间提供单向或 啬 ，_-r_l 哈尔滨理t 大学工学硕七学位论文 双向的端到端用户信息传送，也可以提供控制和网络管理信息的传送。但传送 层的交换动作是在管理平面和控制平面的共同作用下进行的。 3 管理平面管理平面主要面向网络管理者，利用网络管理接1 2 1 m e t 、o r k m a n a g e m e n ti n t e r f a c e ，简称：n m i ) 执行对传送平面、控制平面以及整个系统的 管理功能，包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理与计费管理，它同 时提供在这些平面之间的协同操作。 4 数据通信网数据通信网为传送平面、控制平面和管理平面内部以及三 者之间的管理信息和控制信息通信提供传送通路。数据通信网是一种支持网络 七层协议栈中第一层、第二层和第三层功能的网络，主要承载管理信息和分布 式信令信息。 三个平面虽然相对独立，但是它们之间通过接口和定义的功能相互作用。 管理平面通过n m i 与控制平面和传送平面发生联系，控制平面通过连接控制接 口( c o n n e c t i o nc o m r o l l e ri n t e r f a c e ，简称：c c i ) 与传送平面发生联系。 2 2a s o n 的接口类型 在a s o n 网络中，通过标准接口的引入，使厂商设备的互连互通成为可能。 接口可以将用户和网络、网络节点、各个平面有机连接在一起。a s o n 中的主 要接口共有3 类：用户网络接口( u s e r - n e t 、o r ki n t e r f a c e ，简称：u n i ) 、内部网 络节点接i ( i n t e r i o r n e t w o r k n e t w o r ki n t e r f a c e ，简称：i - n n i ) 、外部网络节点接 e l ( e x t e r i o rn e t w o r k - n e t w o r ki n t e r f a c e ，简称：e - n n i ) 。三种接口类型如图2 - 2 所示。 u n i 是业务请求者和业务提供者的控制平面实体间的双向信令接口，用户 侧称为u n i c ，是用户终端到控制平面的接口。网络侧称为u n i n ，是控制平 面实体到用户的接口，是向用户返回网络的状态参数的信令通道。 e n n i 是控制平面内，属于不同自治域，无信任关系或有一定信任关系的 控制实体之间的双向信令接口。 i - n n i 是控制平面内，在一个自治域内部或者在有信任关系的多个自治域中 的控制实体间的双向信令接口。 哈尔滨理t 大学工学硕士学位论文 图2 2 a s o n 网络三种接口类型 f i g 2 - 2i n t e r f a c es t y l e so f a s o n 2 3a s o n 的连接类型 a s o n 支持3 种连接n 驯：交换连接( s w i t c h e dc o n n e c t i o n ，简称：s c ) 、永久 连接( p e r m a n e n tc o n n e c t i o n ，简称：p c ) 矛i 软永久连接( s o f tp e r m a n e n tc o n n e c t i o n ， 简称：s p c ) 。 1 交换连接s c 交换连接是由控制平面发起的一种全新的动态连接方式， 是由源端用户发起呼叫请求，通过控制平面内信令实体间信令交互建立起来的 光通路连接类型，如图2 3 所示。交换连接实现了连接的自动化，满足快速、 动态并符合流量工程的要求。这种类型的连接集中体现了自动交换光网络的本 质要求，是a s o n 连接的最终实现目标。 图2 3 交换连接示意幽 f i g 2 3s k e t c hm a po fs c 哈尔滨理1 二人学工学硕士学位论文 2 永久连接p c 由网管系统利用网管协议对光通路进行配置并维护，它沿 袭了传统光网络的连接建立形式，连接路径由管理平面根据连接要求以及网络 资源利用情况预先计算，然后沿着连接路径通过网络管理接口( n m i t ) 向网元发 送交叉连接命令，进行统一指配，最终完成通路的建立过程。永久连接示意图 如图2 - - 4 所示。 连 图2 4 永久连接示意图 f i g 2 - 4s k e t c hm a po fp c 端点 3 软永久连接s p c 由管理平面和控制平面共同完成，是一种分段的混合 连接方式。软永久连接中用户到网络的部分是通过管理平面直接配置建立的一 个永久连接，而在连接的网络部分，连接建立的请求是由管理平面发起，由控 制平面完成连接建立。可以说，软永久连接是从永久连接到交换连接的一种过 渡类型的连接方式。如图2 5 所示。 连接 图2 - - 5 软永久连接示意图 f i g 2 5s k e t c hm a po fs p c 端点 哈尔滨理t 人学t 学顾卜学位论文 2 4a s o n 与i p 网络融合的网络模型 在构架下一代信息网络时，a s o n 要与其他网络( 如i p 网等) 及相关设备相 互协调共同形成一个整体网络。国际上有三种对自动交换光网络的网络模型的 看法n 引，分别是重叠模型( o v e r l a ym o d e l ) 、对等模型( p e e rm o d e l ) 平l l 混合模型 ( a u g m e n t e dm o d e l ) 。 1 重叠模型( o v e r l a ym o d e l ) 重叠模型是o i f 和i t u 等国际标准化组织所 提倡的网络模型。在这个模型中i p 业务层和光层是完全独立的两层，见图2 6 。 这两个层面拥有各自独立的控制面，它们通过一个公共的用户网络接口( u n i ) 协 议来完成互联，而边缘客户层设备和核心网络层设备之间不交换网络内部信息 ( 例如光网络拓扑信息等) ，实施独立选路。 光网络 物理连接 图2 6 重叠模型示意图 f i g 2 6s k e t c hm a po fw r a pm o d u l e 2 对等模型( p e e rm o d e l ) 对等模型是由i e t f 提出的网络结构。在这个模 型中，i p 业务层和光网络层是对等的，见图2 - 7 。 在两个层面上运行同一个路由协议，采用统一集成的控制面，边缘设备可 以看到光网络的拓扑。对于路由协议，每个边缘设备只需与相邻的光交叉连接 器( o p t i c a lc r o s sc o n n e c te q u i p m e n t ，简称：o x c ) 而不是其他边缘设备相关联，这 使得路由协议能够扩展到支持大规模的网络。另外，统一的控制平面也简化了 带宽指配过程，能够实现充分利用全网资源，实现网络优化。 哈尔滨理工大学工学硕十学位论文 物理连接 图2 7 对等模型示意图 f i g 2 7s k e t c hm a po fo p p o s i t em o d u l e 3 混合模型( a u g m e n t e dm o d e l ) 从上面的分析可以看出，重叠模型是对等 模型的功能子集，只要将对等模型中交换的路由拓扑信息屏蔽，同时保持其信 令功能就可以实现重叠模型。而混合模型的出现即是要将两个模型进行有机的 结合。在混合模型的情况下，运营商可以对自己内部的i p 网和光网络采取对等 模型构建，而对于要连接的其他运营商网络和其他客户层信号可以采用重叠模 型来构建。 2 5 本章小结 本章首先对a s o n 的总体结构进行了描述，介绍了a s o n 包含的三个平面 的特点及功能特性。并对a s o n 网络的接口类型、连接类型以及网络模型进行 了简要阐述和对比。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 第3 章a s o n 的控制平面 a s o n 与传统静态光网络的最大不同之处在于引入了控制平面，控制平面 是a s o n 的核心，通过控制平面可以使a s o n 网络提供快速有效的配置连接来 支持交换连接和软永久连接，能够对已经建立的呼叫进行重配置或修改连接， 还可以执行自动恢复等功能。这些新功能的实现需要一系列的关键技术。 3 1a s o n 控制平面的基本结构及功能 3 1 1a s o n 控制平面基本结构 控制平面主要由一系列的控制元件组成n 副，其结构如图3 1 所示。 协 r 网络呼叫 k ：2 二 ；d 嘁言望客舆 = = 参 r 。0 控制器 肾h q 拦币u 衙 议 协 控 议 制 弋7 控被叫方 控制器l = 蚓路由i 制 呼叫控制器 器 u n i 憾。热源葛睦宝 器 i 热 ：爿黼甾理喾 i 图3 1 控制平面结构 f i g 3 1s t r u c t u r eo fc o n t r o lp l a n e 1 呼叫控制器呼叫控制器( c a l lc o n t r o l l e r ，简称：c a l l c ) 主要用于对呼叫 的控制；它包括主叫方被叫方呼叫控制器c c c 与网络呼叫控制器n c c 。 2 连接控制器连接控制器( c o n n e c t i o nc o n t r o l l e r ，简称：c c ) 的主要作用 是对交换连接进行控制；它与链路资源管理器、路由控制器、同等级和下属的 连接控制器等协同工作。 3 路由控制器路由控制器( r o u t ec o n t r o l l e r ，简称：r c ) 主要是提供路由方 面的信息。 哈尔滨理工人学工学硕j ：学位论文 4 协议控制器协议控制器( p r o t o c o lc o n t r o l l e r ，简称：p c ) 的作用是监控是 否有违反协议的事件发生。 5 链路资源管理器链路资源管理器( l i n kr e s o u c em a n a g e r ，简称：l r m ) 负责管理网络的链路资源，包括链路连接的指配与去指配，提供拓扑信息与状 态信息等。 6 发现代理发现代$ 里( d i s c o v e r ya g e n t ，简称：d a ) i 作在传送平面，负 责保持链路连接的传送；它从网络终端点与终端连接点获得提示信息，为发现 进程提供必要的协调。 3 1 2 a s o n 控制平面基本功能 a s o n 控制平面的基本功能是呼叫和连接控制，主要包括： ( 1 ) 呼叫控制 ( 2 ) 呼叫许可控制 ( 3 ) 连接管理 ( 4 ) 连接控制 ( 5 ) 连接许可控制 这些功能协同工作，主要目的在于： ( 1 ) 简化传送网内快速有效的连接配置，以支持交换连接和软永久连接； ( 2 ) 支持对已建立呼叫连接的重配置或者修改； ( 3 ) 支持恢复功能。 总之，控制平面结构应该使业务提供者在提供快速和可靠呼叫连接的同时， 能有效控制网络。控制平面本身应该是可靠、可扩展和高效的，原则上能够适 用于不同传送平面技术、不同的业务需求和不同的功能分布。 3 2a s o n 控制平面的实现技术g m p l s 控制平面是体现a s o n 智能特性的核心部分，a s o n 的正常运行主要依赖 于控制平面的3 个基本功能：信令功能、路由功能和资源管理功能。 相应地，控制平面所使用的协议也主要包括三大部分：信令协议、路由协 议和链路资源管理协议。目前，相关组织已经展开了协议的制定工作，i e t f 通 过对i p 网络中原有协议的改进，提出了一种通用多协议标签交换g m p l s 的协 议框架，并把对这种可应用于多种技术网络的控制协议应用于a s o n 中。 本节将对g m p l s 中的信令协议和链路资源管理协议做简单介绍。 哈尔滨理工大学t 学硕士学位论文 3 2 1m p l s 技术回顾 多协议标签交换( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，简称：m p l s ) 是一种基于 i p 的数据通信技术，是结合二层交换和三层路由的l 2 l 3 集成数据传输技术， 不但支持网络层的多协议，还可以兼容二层上的多种链路层技术，其最大特点 是引入了标签交换。 1 m p l s 中的几个关键概念转发等价类( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s ，简 称：f e c ) ：一系列具有某些共性( 地址前缀、主机地址) 的数据流集合，这些数据 在转发的过程中被l s r 以相同的方式进行处理。 标签l a b e l ：具有固定长度和本地意义的标识符，用来表征f e c 。标签不仅 包含了分组的下一跳信息，而且包含了传输的优先级、服务类型、q o s 等方面 的操作。 标签交换路由器( l a b e ls w i t c h e dr o u t e r ，简称：l s r ) ： m p l s 网络的核心 交换机，提供标签交换和标签分发的功能。 标签边缘交换路由器( l a b e le d g er o u t e r ，简称：l e r ) ：在m p l s 的网络边 缘，进入到m p l s 网络的流量由l e r 分为不同的f e c ，并为这些f e c 请求相 应的标签。提供流量分类和标签的映射、移除功能。 标签分发协议( l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l ，简称：l d p ) ：i e t f 颁布的m p l s 中的控制协议。l d p 以消息交互的方式，完成m p l s 中的控制，将标签及其隐 含在标签中的信息传送给该l s r 对等的相邻l s r ，从而建立一条相邻l s r 之间 的信息传输通路。 标签交换路径( l a b e ls w i t c h e dp a t h ，简称：l s p ) - 一个f e c 的数据流，在 不同的节点被赋予确定的标签，数据转发按照这些标签进行，而数据所走的路 径就是l s p 。 2 m p l s 工作原理m p l s 工作原理如图3 2 所示：当具有一定属性的 数据流到达入口路由器后，路由器检查i p 分组的报头，根据得到的信息将输入 的信息流进行划分，得到多个转发等价类( f e c ) ，属于同一类型的f e c 的数据分 组被贴上相同的标签( f e c 标签绑定) ，标签就是数据分组在网络中进行转发的依 据；而标签交换就是在网络中建立标签交换通道( l s p ) ，数据分组根据标签一直 沿着建立的l s p 进行传送；所以分组经过各节点时不再需要重复进行繁琐的头 部分析，只需要进行标签切换即可。 哈尔滨理t 大学丁学硕士学位论文 图3 2m p l s 工作原理示意图 f i g 3 2w o r k i n gp r i n c i p l eo fm p l s 通过对标签的操作，不仅提高了数据分组的传送速度、保证了通信质量、 简化了设备，而且还可以完成其它一些功能，如对数据进行分类、确定优先级、 更好地利用带宽资源等。 m p l s 把控制部分与转发部分分离，与一般的数据通信相比，增加了一个控 制数据平面运作的控制平面。 3 2 2g m p l s 技术 随着光网络的部署，i p 面临的接口类型也日趋多样化，原来m p l s 要求承 载i p 数据的l s p 起始于一个路由器，但很多实际的网络管理域可能以其它网络 设备为界，所以m p l s 需要支持多种类型的接口。 g m p l s 就是一种在m p l s 技术基础上扩展起来的、支持多类型交换的通用 技术n “，一方面它沿用了m p l s 原有的技术，如控制与转发相分离、标签交换、 路由技术、信令技术等；另一方面，又对m p l s 进行